Strukturierte Rückkopplung und Informationsverarbeitung in musterbildenden Systemen am Beispiel einer photorefraktiven Nichtlinearität

• Applicant: Professorin Dr. Cornelia Denz
• Subject Area: Statistical Physics, Nonlinear Dynamics, Complex Systems, Soft and Fluid Matter, Biological Physics
• Term: from 2001 to 2005
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5296702

Eine spontane Bildung von Mustern im Laserlicht entsteht durch Kombination einer Nichtlinearität mit der Beugung des Lichtfeldes. Dabei ermöglicht eine einfache Rückkopplung des Lichts in das Material durch einen Spiegel die Beobachtung verschiedener geometrischer Strukturen wie Hexagone, Quadrate, Streifen, gequetschter Hexagone oder Rechtecke. Ein Rückkopplungssystem mit einem photorefraktiven Medium als Nichtlinearität wurde von uns eingehend untersucht und stellte sich als ein überaus attraktives Modellsystem heraus, da es die immanenten Vorteile der Optik wie z.B. den natürlichen Zugang zur transversalen Ebene und zum Raumfrequenzspektrum verbindet mit einer großen Zahl verschiedener möglicher Musterzustände. Voraussetzung für eine konkrete Anwendung spontaner Musterbildung im Bereich der optischen Informationsverarbeitung ist hierbei das umfassende Verständnis und die Möglichkeit der definierten Ansteuerung der verschiedenen Musterzustände. Dazu soll die Rückkopplung systematisch transversal und dynamisch strukturiert werden. Es soll zunächst die Methode der Raumfrequenzfilterung sowohl für Amplituden- als auch Phasenfilterung genutzt werden. Untersuchungen zu verschiedenen Varianten der dynamischen Rückkopplung ergänzen diesen Aufgabenkomplex. Einen weiteren Schwerpunkt der Forschungsarbeit bildet die erstmalige Anwendung der Methode der stochastischen Resonanz auf spontane Musterbildungsprozesse, um durch definiertes Aufprägen von Rauschen im Frequenz- und Ortsfrequenzraum zwischen einer maximalen Anzahl von Mustern definiert schalten zu können. Aufbauend auf diese Ergebnisse soll schließlich die Antwort des musterbildenden Systems auf eine definierte strukturierte Variation der Eingabeinformation untersucht werden. Das Projekt wird insbesondere erklären, inwiefern Informationen von nichtlinear optischen musterbildenden Systemen übertragen werden können. Es werden die notwendigen Voraussetzungen geschaffen, die den Einsatz als Bauelement im Rahmen der rein optischen Informationsverarbeitung als Fernziel dieser Untersuchungen ermöglichen sollen.

• DFG Programme: Research Grants